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Absorção e Esgotamento
Projeto de colunas de recheio
Prof. Dr. Antonio José de Almeida MeirellesDoutoranda Simone Monteiro e Silva
Quais são as características desejadas de um RECHEIO
• Forneça uma ampla superfície interfacial gás-líquido• Forneça boa molhabilidade (ser facilmente coberto por um
filme de líquido)• Admita espaços vazios entre os filmes de líquido para o
escoamento do vapor• No caso de recheios aleatórios garantir uma Razão Mínima
de 8:1 entre o diâmetro da coluna e o diâmetro do recheio • Ser inerte em relação ao liquido e ao gás• Ter baixo custo• Ser de fácil manuseio e instalação
Projeto de Colunas de Recheio
• Qual é a outra corrente a ser usada no processo: para
ABSORÇÃO, Qual o solvente? Para ESGOTAMENTO,
Qual o gás de arraste?• Qual a vazão de solvente ou de gás de arraste?• Calcular todas as Vazões e Concentrações das correntes de
saída.• Selecionar o Recheio a ser empregado.• Determinar um diâmetro adequado para o equipamento.• Determinar a Área de Transferência de Massa.• Determinar a Altura do Recheio.
Informações disponíveis: vazão e concentração da corrente de entrada e alguma
informação sobre uma das correntes de saída (pureza do produto, recuperação desejada
ou perda máxima admitida do composto que se transfere, etc)
Decisões e Cálculos a serem feitos
log G’st
L’ st
L’st
L’st
L’st
Região de INUNDAÇÃO do leito: Arraste de líquido pelo gás, acúmulo de líquido em regiões do leito sendo borbulhado pelo gás
RETENÇÃO DE LÍQUIDO sobre o recheio (HOLD UP)
Operacional: líquido que constantemente percorre o recheio, sendo regular e
rapidamente substituído por líquido novo.Filmes molhando o recheio
Estático: líquido estagnado, substituído lentamente. Este líquido não drena após a interrupção do fluxo.
Poças entre as partículas do recheio
21
'
'
GL
G
T
T
G
L
Figura 6.34 Inundação e queda de pressão em colunas de recheio (Treyball, pág 195, 3ª ed)
Gi Vazão molar de Inertes na fase gasosa
(Kmol A)/h
Gt Vazão molar total de gás Kmol (A+B)/h
G´i Vazão mássica de inertes na fase gasosa
(kg A)/h
G´t Vazão mássica total de gás kg (A+B)/h
G´st Velocidade mássica total superficial de gás
kg (A+B)/(m2.h)
Li Vazão molar de Inertes na fase líquida
(Kmol A)/h
Lt Vazão molar total de líquido Kmol (A+B)/h
L´i Vazão mássica de inertes na fase líquida
kg A/h
L´t Vazão mássica total de líquido kg (A+B)/h
L´st Velocidade mássica total superficial de líquido
kg (A+B)/(m2.h)
Tabela 6.3 - Características de recheios aleatórios (R. Treybal, cap 6, 1980)
Cf = fator de recheio, escoamento bifásico, constante empírica
CD = constante empírica
= porosidade do leito fixo (seco), volume vazio/ volume do leitoap = área específica do recheio
anel de Raschig empacotado regularmente (vista superior)
2. Cálculo de colunas de recheio
2.1 Diâmetro (Ds)
•Perda de carga (entre 200 N/m2 a 400 N/m2).
•Limite de inundação da coluna
•Figura 6.34 do Treyball fornece a velocidade mássica (kg/m2·s)
st
t
G
GS
4
2colunaD
S
S
GG t
st
21
'
'
GL
G
t
t
G
L
0,035
115
smkg1028,1
mkg1066,7
mkg753
hkg40
hkg2000
5
33
3
f
L
G
L
t
t
C
G
L
16,01595,01066,7753
1066,7
40
200021
33
3
33
21
mkg
mkg
mkg
hkghkg
G
L
GL
G
t
t
cmDm,DD
S
m,
hmkg
,
hkg
G
GS
hm
kg,
sm
kg,G
mkg
,mkg
mkg
,
smkg
,G,
G
'st
t
's
,'s
GLG
,L
's
50487304
1865047214
40
4721405960
1066775310667
1087601150350
2
2
2
22
33
333
1032
102
fC
2.3 Área Efetiva de Transferência de Massa do Recheio (ae)
2005010
750
4511 ,,,
,
s
cpe WeFrRe,expaa
ae = área efetiva do recheio por unidade de volume do leito, m2/m3;
ap = área seca do recheio, m2/m3;
= tensão superficial crítica do material do recheio, N/m;
= tensão superficial do líquido, N/m;
2.3 Área Efetiva de Transferência de Massa do Recheio (ae)
Recheios AleatóriosModelo de Onda e Colaboradores para ae
c
s
40Constante1
: valeespecífico recheio de material um e líquido um para que Note
,,stpe Lexpaa pe
L
aast
lim,
:Assim
NÚMEROS ADIMENSIONAIS
Reynolds: Forças inerciais vs viscosas;
Froude:Forças inerciais vs gravitacionais;
Weber:Forças inerciais vs superfíciais;
L'st=velocidade mássica total superficial do líquido, kg/m2·s; = viscosidade do líquido, kg/m.s. = densidade do líquido, kg/m3;g = aceleração da gravidade, m/s2;
Lp
st
a
LRe
L
g
aLFr
L
pst
2
2
psL
st
a
LWe
2
2
L
Tensão crítica do material (σc)
Material (N/m)
Carbono 0,056
Cerâmica 0,061
Vidro 0,073
Parafina 0,020
Polietileno 0,033
Polivinilclorido 0,040
Aço 0,075
Coeficiente da Fase Líquida
m.recheio, do diâmetro
mm recheio, do específica área
s;m líquido, no dedifusivida
mm massa, de ncia transferêde efetiva área
,m/s gravidade, da aceleração g
,kg/m líquido, do densidade
kg/m.s. líquido, do de viscosida·s,kg/m líquido, do lsuperficia totalmássica velocidadeL
00510
32p
2
32
2
3L
2
40503231
p
AB,L
e
L
st
,
Pp
,
L,ABL
L
Le
st
L
LL
D
;a
D
;a
DaDa
Lg,k
Coeficiente da Fase Gasosa
m.recheio, do diâmetro
mm recheio, do específica área
s;m gás, no dedifusivida
mm massa, de ncia transferêde efetiva área
,kg/m líquido, do densidade
kg/m.s. líquido, do de viscosida·s,kg/m líquido, do lsuperficia totalmássica velocidadeG
menores recheios002polegada21 que maiores selas e anéis235
32p
2
32
3G
2
1
1
0250700
1
p
AB,G
e
G
st
,
Pp
,
G,ABG
G
,
gp
stG,ABpG
D
;a
D
;a
,C,C
DaDμa
G
TR
CDak
XYX
XYY
tGY
L
LLX
xXyY
kkmK
k
m
kK
PkkPM
kk
kkkk
111
11
: e que doConsideran
Coeficiente Global de Transferência de Massa
Absorção:
inf*
inf*
infinfinf XmY,YYY onde
sup*sup
*supsupsup XmY,YYY onde
sup
inf
supinfm
Y
Yln
YYY
Dessorção:
inf*
infinf*
infinf XmY,YYY onde
sup*supsup
*supsup XmY,YYY onde
sup
inf
supinfm
Y
Yln
YYY
3) Cálculo da área necessária para transferência de massa
)XX(L)YY(GM supinfisupinfiA tempode unidadepor dos transferiMoles
MA = Taxa molar de transf. de massa do soluto A, kmol de A/sNA = Fluxo molar de transf. de massa do soluto A, kmol de A/(m2·s)AT = Área de transferência de massa, m2
mTYA YAKM mY
AT YK
MA
TAA ANM
mYA YKN
eT aHSA
AT = área de transferência de massa, m2;
S = área de secção da coluna, m2;
H = altura do leito, m;
ae = área efetiva do recheio por unidade de volume do leito, m2/m3;
2.4 Altura (H)
e
T
aS
AH
sup*inf
supinf
i
min,i
XX
YY
G
L
Absorção: Vazão mínima de solvente
infsup
inf*sup
min,i
i
XX
YY
G
L
Dessorção: Vazão mínima de gás de arraste
CURVA DE EQUILÍBRIO NÃO-LINEAR
inf
sup
Y
Y*
supinf
m
YYdYYY
Y
mTYsupinfiTA YAK)YY(GAN
eYTY
Y
Y*i aHSKAK
YY
dYG
inf
sup
ncia transferêde unidades de número
ncia transferêde unidade uma de altura
inf
sup
inf
sup
Y
Y*TOY
eY
iTOY
Y
Y*
pY
i
YY
dYN
aSK
GH
YY
dY
aSK
GH
Recheio Tamanho Nominal Diâmetro característico *mm pol
Anéis de Rasching
13 0,5 0,01774
25 1 0,0356
38 1,5 0,0530
50 2 0,0725
Selas de Berl 13 0,5 0,31622
25 1 0,0320
38 1,5 0,0472*Diâmetro de uma esfera com área igual a de uma partícula de recheio